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KR101127710B1 - Fluid distillation apparatus having improved efficiency - Google Patents

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KR101127710B1
KR101127710B1 KR1020057022034A KR20057022034A KR101127710B1 KR 101127710 B1 KR101127710 B1 KR 101127710B1 KR 1020057022034 A KR1020057022034 A KR 1020057022034A KR 20057022034 A KR20057022034 A KR 20057022034A KR 101127710 B1 KR101127710 B1 KR 101127710B1
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feed liquid
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네이신 리
스티븐 에프. 스포러
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네이신 리
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Abstract

Distillation apparatus comprises a condensing chamber and a heating chamber arranged on an enclosure. Liquid feed into the condensing chamber is pre-heated and flows to the heating chamber where it is boiled to produce vapor. Gas sparging in the condensing chamber enhances heat transfer and absorbs additional vapor generated by pre-heating. The condenser is a helical or other horizontal tube heat exchanger.

Description

향상된 효율을 갖는 유체 증류 장치{FLUID DISTILLATION APPARATUS HAVING IMPROVED EFFICIENCY}FLUID DISTILLATION APPARATUS HAVING IMPROVED EFFICIENCY}

미국 등록 특허 제4,976,824호, 제5,030,327호 및 제5,332,476호에는, 몇 가지 실시예의 유체 증류 시스템이 개시되어 있다. 대부분의 경우, 이들 실시예는 효과적인 작동 및 적절한 산출량의 증류수를 제공한다. 그렇지만, 이러한 시스템의 개선된 설계에 의해 작동 및 산출량이 증진될 수 있으며, 본 발명은 상기 시스템을 그 구조에 있어서 비교적 간단하게 유지하면서 상기와 같은 시스템으로부터 증류수의 산출량의 증대를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.In US Pat. Nos. 4,976,824, 5,030,327 and 5,332,476, several embodiments of fluid distillation systems are disclosed. In most cases, these examples provide effective operation and adequate output of distilled water. However, the improved design of such a system can improve operation and yield, and the present invention provides an apparatus and method for providing an increase in the yield of distilled water from such a system while keeping the system relatively simple in its structure. It is about.

미국 등록 특허 제5,490,906호에는, 각 실시예가 증류 대상 물(water) 또는 유체용의 제1의 컨테이너 또는 챔버 및 제2의 워터 컨테이너 또는 챔버를 사용하는 몇 가지 실시예의 유체 증류 시스템이 기재되어 있다. 이들 두 챔버는 서로 인접하며, 제2의 챔버는 상기 시스템 내에서 발생된 수증기가 수집용 리저버(reservoir)로 이동하도록 안내하기 위해 제1의 챔버와 공동 작용한다.U. S. Patent No. 5,490, 906 describes several embodiments of fluid distillation systems in which each embodiment uses a first container or chamber and a second water container or chamber for the water or fluid to be distilled. These two chambers are adjacent to each other, and the second chamber cooperates with the first chamber to guide the water vapor generated in the system to move to the collecting reservoir.

일례의 이러한 유체 증류 장치는, 본 명세서에 기재되고 권리 범위가 청구된 본 발명 이전에, 본 발명의 발명자인 네이신 리(Naisin Lee)의 지시 하에 제작되었고, 비. 제이. 후앙(B. J. Huang)에 의해 저술된 갱신된 원고에 기재되어 있으며, 타이완, 타이페이 소재의 국립 타이완 대학교로부터 이용할 수 있다. 이 증류 장치는 별개의 가열 챔버, 및 증기가 수직 챔버들 내에서 응축되는 응축 챔버를 포함한다.An example of such a fluid distillation apparatus was manufactured under the direction of Naisin Lee, the inventor of the present invention, prior to the present invention described herein and claimed in the claims. second. It is described in an updated manuscript written by B. J. Huang and is available from National Taiwan University in Taipei, Taiwan. This distillation apparatus comprises a separate heating chamber and a condensation chamber in which steam is condensed in the vertical chambers.

그래서, 물 및 다른 액체에 유용한 보다 개선된 증류 장치 및 방법을 제공하는 것이 여전히 요망된다. 이러한 장치는 바람직하게는, 컴팩트해야 하고, 고도로 효율적인 증류, 즉 생성된 증류수의 단위량(unit amount)당 최소한의 에너지의 입력을 제공해야 하고, 작은 단위로부터 큰 단위까지 측정할 수 있어야 한다. 이들 목적의 적어도 몇 가지는 이하에 설명된 본 발명에 의해 충족될 것이다.Thus, it is still desirable to provide improved distillation apparatus and methods useful for water and other liquids. Such a device should preferably be compact, provide highly efficient distillation, ie provide a minimum input of energy per unit amount of distilled water produced, and be able to measure from small to large units. At least some of these objects will be met by the present invention described below.

본 발명은 개선된 액체 증류 장치 및 방법을 제공한다. 본 장치는 다양한 형태를 취할 수 있으나, 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 비교적 저렴한 비용으로 수월하게 제작할 수 있는 매우 컴팩트한 형태를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 장치는 물 및 다른 액체의 증류가 고효율적으로, 전형적으로는 증류수 1ℓ당 380 kcal 이하의 에너지 소비로, 바람직하게는 증류수 1ℓ당 320 kcal 이하의 에너지 소비로 행해지도록 한다.The present invention provides an improved liquid distillation apparatus and method. The device may take a variety of forms, but it is desirable to have a very compact form that can be readily manufactured at a relatively low cost, as described in more detail below. The apparatus of the present invention allows the distillation of water and other liquids to be done with high efficiency, typically at energy consumption of up to 380 kcal per liter of distilled water, preferably at energy consumption up to 320 kcal per liter of distilled water.

제1의 양태에서, 본 발명에 따른 증류 장치는 가열 챔버 및 응축 챔버를 규정하는 엔클로저(enclosure)를 포함한다. 이 엔클로저는 일반적으로 개별 챔버들을 규정하는 내부 구조를 갖는 단일 쉘(shell) 또는 하우징이며, 덜 바람직하기는 하나 파이프, 덕트 등에 의해 서로 결합된 개별 하우징 또는 구조로 형성될 수도 있다. 엔클로저는 가열 챔버 및 응축 챔버에 공통이며 그 위에 있는 증기 공간(vapor space)을 규정하며, 응축 챔버로의 액체 공급구(feed inlet)를 가지고 있다.In a first aspect, the distillation apparatus according to the invention comprises an enclosure defining a heating chamber and a condensation chamber. This enclosure is generally a single shell or housing having an internal structure defining the individual chambers and, less preferably, may be formed as individual housings or structures joined together by pipes, ducts or the like. The enclosure is common to the heating chamber and the condensation chamber, defines a vapor space thereon, and has a liquid feed inlet to the condensation chamber.

나선형(helical or spiral) 튜브 응축기와 같은 수평 튜브 응축기가 응축 챔버 내에 배치되고, 그 상단부(upper end)에 증기 입구와 그 하단부에 청정 말단 출구(clean distal outlet)를 가지고 있다. 효율을 증진시키기 위해, 통기 장치(aerator)와 같은 기체 스파저(gas sparger)가 응축 챔버 내에 배치되어, 공기 또는 다른 기체의 기포를 응축 챔버를 통하여 위쪽으로 안내한다. 이러한 기포들은 2가지의 별개의 이점을 제공한다. 첫째로, 이들 기포들은 응축기의 열전달 표면을 닦아내어 열전달을 증진시킨다. 둘째로, 이들 기포들은, 응축기 내에서 증기가 응축됨에 따라 가열되는 공급 액체로부터 직접 증기를 흡수한다. 기포 내의 증기는 위쪽으로 운반되어 증기 공간 안으로 들어가며, 그곳에서 가열 챔버로부터의 스팀 증기(steam vapor)와 통합되는데, 가열 챔버는 그 내부의 물 또는 다른 액체를 비등(沸騰)시키기 위한 전기적인 또는 다른 가열 요소를 포함한다.Horizontal tube condensers, such as helical or spiral tube condensers, are disposed in the condensation chamber and have steam inlets at their upper ends and clean distal outlets at their lower ends. To enhance the efficiency, a gas sparger, such as an aerator, is disposed in the condensation chamber, guiding air or other gas bubbles upward through the condensation chamber. These bubbles provide two distinct advantages. First, these bubbles wipe the heat transfer surface of the condenser to promote heat transfer. Secondly, these bubbles absorb vapor directly from the feed liquid that is heated as the vapor condenses in the condenser. The vapor in the bubble is carried upwards and enters the vapor space where it is integrated with steam vapor from the heating chamber, which is electrically or otherwise to boil water or other liquid therein. Heating element.

증기 공간 내에 모이는 통합된 증기는, 이 증기가 상대적으로 저온의 공급 액체, 전형적으로는 냉수(cold water)와의 열교환에 의해 응축되는 수평 튜브 응축기를 통하여 아래쪽으로 이동하여 응축 챔버 안으로 들어간다. 응축 후에, 청정의 증류액(distillate)은 응축기의 하단부에 있는 출구로부터 모아질 수 있다.Integrated steam that collects in the vapor space enters the condensation chamber by moving downwards through a horizontal tube condenser where it is condensed by heat exchange with a relatively cold feed liquid, typically cold water. After condensation, a clean distillate can be collected from the outlet at the bottom of the condenser.

본 발명의 장치 및 방법에 의해 달성되는 고효율은 적어도 부분적으로는, 기체 스파저로부터 위쪽으로 흐르는 기포(gas bubble)와 수평 튜브 응축기의 수평으로 배열된 열교환 표면 사이의 상호작용으로부터 유래하는 것으로 여겨진다. 수평 튜브 응축기의 바람직한 나선형 또는 다른 조밀한 구성에 있어서, 기포들은, 방향성 유동이 지속적으로 방향을 변경하며 기포들과 튜브 응축기의 노출된 표면 사이의 긴밀한 접촉이 유지되는 복수의 구불구불한 경로들을 통하여 위쪽으로 이동한다. 수평 튜브를 조밀하게 할 수 있는 능력 또한 이점이 되는데, 이는 고도로 컴팩트한 증류 장치가 제작될 수 있게 하기 때문이다.The high efficiency achieved by the apparatus and method of the present invention is believed to result, at least in part, from the interaction between the gas bubbles flowing upward from the gas sparger and the horizontally arranged heat exchange surfaces of the horizontal tube condenser. In the preferred helical or other dense configuration of the horizontal tube condenser, the bubbles are routed through a plurality of meandering paths in which the directional flow continuously changes direction and maintains intimate contact between the bubbles and the exposed surface of the tube condenser. Move upward The ability to compact horizontal tubes is also an advantage because it allows the manufacture of highly compact distillation apparatus.

본 장치의 바람직한 양태에서, 엔클로저는 수직 축을 갖는 원통(cylinder)이다. 가열 챔버는 원통형 엔클로저의 수직 축과 동축(同軸)으로 배열된 관상(管狀) 벽을 포함하며, 응축 챔버는 가열 챔버의 관상 벽에 대해 환상(環狀)으로 배치되어 있다. 그래서, 수평 튜브 응축기는 바람직하게는 환상의 응축 챔버 내에 배치된 코일형 튜브를 포함할 수 있는데, 보다 바람직하게는 응축 챔버 내에 나선형으로 배열되고 그 상단부로부터 하단부로 이어지는 복수의 코일형 튜브를 포함한다. 이 복수의 응축 튜브는 청정 응축액을 모을 수 있도록 매니폴드(manifold) 또는 다른 수집 챔버의 바닥부에서 결합될 수 있다.In a preferred embodiment of the device, the enclosure is a cylinder with a vertical axis. The heating chamber includes a tubular wall arranged coaxially with the vertical axis of the cylindrical enclosure, the condensation chamber being annularly disposed against the tubular wall of the heating chamber. Thus, the horizontal tube condenser may preferably comprise a coiled tube disposed in the annular condensation chamber, more preferably comprising a plurality of coiled tubes arranged spirally in the condensation chamber and extending from the upper end to the lower end. . These plurality of condensation tubes can be joined at the bottom of a manifold or other collection chamber to collect clean condensate.

바람직한 구성에서, 가열 챔버와 응축 챔버는 둘 다 그들 상단부에서 공통의 증기 공간에 개구되며, 가열 챔버는 응축 챔버로부터의 예열된 액체가 가열 챔버로 흐를 수 있도록 그 하단부에서 응축 챔버에 개구되어 있다. 가장 간단하게는, 응축 챔버의 하단부는 개방 플레넘(plenum)을 형성하며, 액체의 유동을 허용하도록 가열 챔버의 관상 벽에는 적어도 하나의 개구 또는 통로가 제공된다. 보통은, 응축 챔버와 가열 챔버의 사이에 액체 유동을 허용하기 위해 하단부에 단 하나의 통로 또는 개구가 제공된다. 이러한 방법으로, 유입 액체의 유동은 가열 챔버에 들어가기 전에 먼저 응축 챔버를 통과해야 한다. 살포용 공기 또는 기체가 임의의 종래의 방식으로 제공될 수 있다. 전형적으로, 천공된 튜브, 일반적으로는 천공된 코일형 튜브가 응축 챔버의 바닥 공간 또는 플레넘 내에 배치되어, 살포용 기포가 이를 관통하여 위쪽으로 통과되게 한다.In a preferred configuration, both the heating chamber and the condensation chamber are open in a common vapor space at their upper end, and the heating chamber is open in the condensation chamber at its lower end such that preheated liquid from the condensation chamber can flow into the heating chamber. Most simply, the lower end of the condensation chamber forms an open plenum, and at least one opening or passage is provided in the tubular wall of the heating chamber to allow the flow of liquid. Usually, only one passage or opening is provided at the lower end to allow liquid flow between the condensation chamber and the heating chamber. In this way, the flow of incoming liquid must first pass through the condensation chamber before entering the heating chamber. Sprinkling air or gas may be provided in any conventional manner. Typically, a perforated tube, generally a perforated coiled tube, is placed in the bottom space or plenum of the condensation chamber, allowing the spraying bubble to pass through it upwards.

제2의 양태에서, 본 발명의 방법은 응축 챔버를 통하여 가열 챔버로 공급 액체를 공급하는 것을 포함한다. 공급 액체는 가열 챔버 내에서 비등되어 제1의 증기상(vapor phase)을 형성한다. 기포에 의해 위쪽으로 운반되는 제2의 증기상을 제공하기 위해, 공기 또는 다른 기체가 응축 챔버를 통하여 위쪽으로 살포된다. 제1의 증기상 및 제2의 증기상은 응축 챔버 내의 수평 튜브 응축기에서 통합되어 응축된다. 이들 기포는 유입 공급 액체와 응축 증기 사이의 열전달을 증진시켜서, 응축을 증진시키고 또한 공급 액체의 예열을 증진시킨다. 청정 응축액은 그리고 나서 응축기의 바닥부로부터 모아질 수 있다.In a second aspect, the method of the present invention comprises supplying a feed liquid through a condensation chamber to a heating chamber. The feed liquid is boiled in the heating chamber to form a first vapor phase. Air or other gas is sparged upward through the condensation chamber to provide a second vapor phase carried upward by the bubbles. The first vapor phase and the second vapor phase are integrated and condensed in a horizontal tube condenser in the condensation chamber. These bubbles enhance heat transfer between the inlet feed liquid and the condensation vapor, thereby enhancing condensation and also enhancing preheating of the feed liquid. The clean condensate can then be collected from the bottom of the condenser.

제3의 양태에서, 본 발명은 물을 증류하는 개선된 방법을 제공한다. 이 방법은, 물이 스팀을 생성하도록 비등되고, 스팀이 공급수(供給水)와의 열교환에 의해 응축기 내에서 응축되는 타입이다. 본 발명의 개선 사항은, 열전달을 증진시키고 스팀에 의해 응축되는 부가적인 수증기를 생성하도록 응축기에 공기를 살포하는 것을 포함한다. 본 개선 사항은 선택적으로 수평 튜브 열교환기 내에서 증기를 응축하는 것을 더 포함한다. 본 발명의 개선된 방법은 극도로 높은 증류 효율로 물을 생성한다.In a third aspect, the present invention provides an improved method of distilling water. This method is of a type in which water is boiled to produce steam, and steam is condensed in the condenser by heat exchange with feed water. Improvements of the present invention include sparging air to the condenser to enhance heat transfer and produce additional water vapor that is condensed by steam. This improvement further includes optionally condensing the steam in a horizontal tube heat exchanger. The improved process of the present invention produces water with extremely high distillation efficiency.

본 발명의 방법 및 장치에 의해 생성된 물의 ℓ당의 에너지 소비는 전형적으로 380 kcal/ℓ 미만, 바람직하게는 320 kcal/ℓ 미만이다. 이러한 개선된 방법은 일반적으로, 위에서 논의된 이점을 제공하기 위해 수평 튜브 응축기를 사용한다.The energy consumption per liter of water produced by the process and apparatus of the invention is typically less than 380 kcal / l, preferably less than 320 kcal / l. This improved method generally uses horizontal tube condensers to provide the advantages discussed above.

도 1은 예시적인 액체 및 기체의 흐름을 나타내는, 본 발명의 원리에 따라 구성된 증류 장치의 개략적인 도면,1 is a schematic drawing of a distillation apparatus constructed in accordance with the principles of the present invention, showing an exemplary liquid and gas flow;

도 2는 내부 구성요소를 도시하기 위해 일부분이 절취된, 본 발명의 원리에 따라 구성된 장치의 구체적인 실시에를 예시하는 도면.2 illustrates a specific embodiment of an apparatus constructed in accordance with the principles of the present invention, with a portion cut away to illustrate internal components.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 그 내부에 적어도 응축 챔버(14) 및 가열 챔버(16)를 갖는 엔클로저(enclosure)(12)를 포함한다. 액체 공급구(18)가 응축 챔버(14)에 제공되고, 전기 저항 가열 요소(20) 혹은 다른 가열 요소가 가열 챔버(16) 내에 제공된다. 응축 챔버(14) 및 가열 챔버(16)는 내부 칸막이(24)에 의해 분할되지만, 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 일반적으로는 내부 유동 또는 액체 및 증기의 이동을 허용하도록 그들의 상단부 및 하단부에서 연통되거나 또는 개구되어 있다. 특히, 증기 공간(26)이 엔클로저(12)의 상단부 내에 규정되고, 개구 또는 통로(28)가 엔클로저의 하부 영역에 제공된다.1, the apparatus 10 according to the invention comprises an enclosure 12 having at least a condensation chamber 14 and a heating chamber 16 therein. A liquid supply port 18 is provided in the condensation chamber 14, and an electrical resistance heating element 20 or other heating element is provided in the heating chamber 16. The condensation chamber 14 and the heating chamber 16 are divided by internal partitions 24, but as explained in more detail below, their upper and lower ends generally allow internal flow or movement of liquids and vapors. In communication with or open at. In particular, vapor space 26 is defined within the upper end of enclosure 12, and an opening or passage 28 is provided in the lower region of the enclosure.

수평 튜브 응축기(30)가 응축 챔버(14) 내에 배치되며, 그 상단부(32)로부터 들어가는 증기를 응축하는 기능을 하고 또 공급구(18)를 통하여 들어가는 공급 액체를 예열하는 기능을 하는 대체로 수평의 복수의 열교환 튜브를 포함한다. 수평 튜브 응축기(30)는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 다수의 역전(reversing) 유동 섹션을 갖는 일반적으로 사행(蛇行)의 구조로서 개략적으로 도시되어 있다. 하지 만, 보다 일반적으로 응축기는 이하에서 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 나선형(helical 또는 spiral) 코일로서 배치된다.A horizontal tube condenser 30 is disposed in the condensation chamber 14 and is generally horizontal which functions to condense the vapor entering from its upper end 32 and to preheat the feed liquid entering through the feed inlet 18. A plurality of heat exchange tubes. The horizontal tube condenser 30 can take various forms and is schematically shown as a generally meandering structure with a number of reversing flow sections. However, more generally the condenser is arranged as a helical or spiral coil as described in more detail with reference to FIG. 2 below.

본 발명의 중요한 특징 중 하나는 응축 챔버(14)의 바닥부에 또는 그 근방에 공기 또는 기체 스파저(38)를 포함하는 것이다. 살포용 기체가 이 스파저(38)를 통하여 도입되며, 액체 유동에 대체로 역류(countercurrent) 방향으로 상기 공급 액체를 통하여 위쪽으로 이동하는 기포가 응축 챔버(14)의 적어도 바닥부에서 발생된다. 공급 액체는 수평 튜브 응축기(30)를 통한 증기 유동에 의해 가열되므로, 공급 액체 내에서 증기가 발생되며 이 증기는 일반적으로 기포와 합체된다. 기포가 상부 액체 표면(40)을 통과하여 위쪽으로 이동함에 따라, 증기는 이하에 보다 상세하게 논의되는 바와 같이 가열 챔버로부터의 증기와 함께 증기 공간(26)으로 방출된다. 이들 기포는 또한 위에서 논의된 바와 같이, 유입되는 공급 액체와 수평 튜브 응축기(30)를 통하여 아래쪽으로 이동하는 증기 사이의 열전달을 증진시키도록 작용한다.One of the important features of the present invention is the inclusion of an air or gas sparger 38 at or near the bottom of the condensation chamber 14. The sparging gas is introduced through this sparger 38 and bubbles are generated at least at the bottom of the condensation chamber 14 which move upwards through the feed liquid in a generally countercurrent direction to the liquid flow. Since the feed liquid is heated by the steam flow through the horizontal tube condenser 30, steam is generated in the feed liquid, which is generally coalesced with the bubbles. As the bubble moves upward through the upper liquid surface 40, vapor is released into the vapor space 26 together with the vapor from the heating chamber as discussed in more detail below. These bubbles also serve to enhance heat transfer between the incoming feed liquid and the steam moving downwards through the horizontal tube condenser 30, as discussed above.

공급 액체는, 응축 챔버(14)에서 예열된 후에, 전체적으로 화살표 44로 나타낸 바와 같이 가열 챔버로 흐른다. 가열 챔버(16)로 들어가는 액체는 가열 요소(20)에 의해 가열되어 비등 및 증기 발생이 이루어진다. 가열 챔버(16)에서 발생된 증기도 또한 증기 공간(26)으로 이동하며, 이곳에서 응축 챔버 내의 살포 기체로부터의 증기와 통합된다. 그래서, 전체적으로 화살표 46으로 나타낸 바와 같은 가열 챔버(16)로부터의 증기 및 전체적으로 화살표 48로 나타낸 바와 같은 응축 챔버(14)로부터의 증기는, 수평 튜브 응축기(30)의 상단부(32) 안으로 들어가며, 이곳 에서 통합된 증기는 그리고 나서 튜브를 따라 아래로 이동하며 공급 액체와의 열교환에 의해 응축된다. 응축된 증기는 "청정 응축액"을 제공하며, 이 청정 응축액은 그 다음에 응축기의 출구(50)로부터 모아질 수 있다. 예시적인 질량-에너지 균형 관계가 아래에 나타내어져 있다.After the feed liquid is preheated in the condensation chamber 14, it flows into the heating chamber as indicated by arrow 44 as a whole. The liquid entering the heating chamber 16 is heated by the heating element 20 to boil and generate steam. Vapor generated in the heating chamber 16 also travels to the vapor space 26 where it is integrated with the vapor from the sparge gas in the condensation chamber. Thus, steam from the heating chamber 16 as indicated by arrow 46 as a whole and vapor from the condensation chamber 14 as indicated by arrow 48 as a whole enters the upper end 32 of the horizontal tube condenser 30, where The steam integrated at then moves down the tube and condenses by heat exchange with the feed liquid. The condensed vapor provides a "clean condensate," which can then be collected from the outlet 50 of the condenser. An exemplary mass-energy balance relationship is shown below.

예시적인 질량 - 에너지 균형Exemplary Mass-Energy Balance 엔클로저(12)의 총 체적 ---------------------- 6ℓTotal volume of enclosure 12 ---------------------- 6ℓ 코일(30)의 체적 ----------------------------- 3.5ℓVolume of coil 30 ----------------------------- 3.5ℓ 가열 챔버(16)의 체적 ------------------------ 1.5ℓVolume of heating chamber 16 ------------------------ 1.5ℓ 코일(30)의 표면적 --------------------------- 0.9㎡Surface Area of Coil 30 --------------------------- 0.9㎡ 물의 유동 ----------------------------------- 4.6ℓ/hr.Water Flow ----------------------------------- 4.6ℓ / hr. 살포용 공기의 유동 -------------------------- 360ℓ/hr.Flow of spreading air -------------------------- 360ℓ / hr. 비출력(比出力) ------------------------------ 318 kcal/ℓSpecific Power ------------------------------ 318 kcal / ℓ 응축기 효율 --------------------------------- 0.2 ㎡?hr/ℓCondenser Efficiency --------------------------------- 0.2 ㎡? Hr / ℓ

이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 증류 장치의 현재의 바람직한 실시예가 설명된다. 원통형 엔클로저(100)는 소정 레벨(111)로 물 또는 다른 액체를 수용하도록 되어있다. 증류하고자 하는 물 또는 다른 공급 액체(112)가 입구(113)를 통하여 엔클로저(100) 안으로 도입될 수 있다. 엔클로저 내의 상기 액체의 레벨(111)은 레벨 센서 및 입구 공급 제어장치(도시하지 않음)와 같은 종래의 장치에 의해 유지될 수 있다. 시간의 경과에 따라 엔클로저(100)의 바닥부에 모이는 염분성의 응축기 액체를 주기적으로 제거하기 위해 드레인(drain)(114)이 제공된다.Referring now to FIG. 2, a presently preferred embodiment of the distillation apparatus of the present invention is described. Cylindrical enclosure 100 is adapted to receive water or other liquid at a predetermined level 111. Water or other feed liquid 112 to be distilled may be introduced into enclosure 100 through inlet 113. The level 111 of liquid in the enclosure can be maintained by conventional devices such as level sensors and inlet supply controls (not shown). A drain 114 is provided to periodically remove the salty condenser liquid that collects at the bottom of the enclosure 100 over time.

전체적으로 액체 표면(111)의 위에서 엔클로저(100) 내부의 상단부에 증기 공간(116)이 형성된다. 복수의 나선형 응축 튜브(117)(5개가 도시됨)가 엔클로저(100)의 내부의 외주에 환상으로 배치된다. 응축 튜브(117)는 전형적으로 원형(圓形) 횡단면을 가지나, 이 튜브가 타원형, 직사각형, 다각형 등과 같은 다른 횡단면을 가질 수도 있다. 하지만, 위에서 전체적으로 설명한 바와 같이 살포된 기포와의 접촉을 증진시킬 수 있게 튜브가 대체로 수평으로 되도록 코일이 배열되는 것이 일반적으로 바람직하다. 물론, 나선형 튜브(117)는 전적으로 수평은 아니며, "수평"이라 함은 단지 튜브가 수평에 대해 45° 미만의 각도, 일반적으로는 25° 미만의 각도, 보다 바람직하게는 15° 미만의 각도를 갖는다는 것을 의미한다. 예시적인 각도는 1.5° 내지 2.5°의 범위 내에 있다.In total, a vapor space 116 is formed in the upper end of the interior of the enclosure 100 above the liquid surface 111. A plurality of spiral condensation tubes 117 (five are shown) are annularly arranged on the outer periphery of the interior of the enclosure 100. Condensation tube 117 typically has a circular cross section, but the tube may have other cross sections such as oval, rectangular, polygonal, or the like. However, it is generally desirable for the coil to be arranged such that the tube is substantially horizontal so as to enhance contact with the sprayed bubbles as described above overall. Of course, the helical tube 117 is not wholly horizontal, and “horizontal” simply means that the tube has an angle of less than 45 °, generally less than 25 °, more preferably less than 15 ° relative to the horizontal. It means to have. Exemplary angles are in the range of 1.5 ° to 2.5 °.

증기 공간(116)으로부터의 증기는 화살표 126 및 130으로 나타내는 바와 같이 응축 튜브(117) 안으로 들어가게 된다. 증기가 응축 튜브(117)를 통하여 아래쪽으로 이동함에 따라, 유입 액체와의 열교환은 이 증기를 응축하여, 원하는 응축액을 생성한다. 응축액은, 응축 튜브(117) 각각으로부터의 유출물을 통합하며 응축액이 회수될 수 있는 공통의 출구(119)를 제공하는 리저버 또는 매니폴드(118)를 통하여 바람직하게 옮겨진다.Vapor from the vapor space 116 enters the condensation tube 117 as indicated by arrows 126 and 130. As the vapor moves downward through the condensation tube 117, heat exchange with the incoming liquid condenses this vapor, producing the desired condensate. The condensate is preferably transferred through a reservoir or manifold 118 that integrates the effluent from each of the condensation tubes 117 and provides a common outlet 119 where the condensate can be recovered.

열교환 튜브(117)에 걸친 기체 살포는 바람직하게는, 기포(124)를 생성하는 구멍(123)을 갖는 기체 주입 튜브(122)에 의해 제공된다. 기포는 환상의 응축 챔버(120) 내의 응축 튜브(117)를 통과하여 위쪽으로 이동한다. 편의상, 기포(124)는 응축 공간의 일부에만 도시되어 있다. 실제 작동시에, 기포는 환상의 응축 챔버(120) 전체를 통과하여 위쪽으로 이동하게 된다. 천공된 매니폴드(perforated manifold), 다공성 석재(porous stone) 등을 포함하는 다양한 종류의 다른 기체 스파저가 사용될 수 있다는 것도 이해할 것이다. (기체의) 살포는 공기(이 경우는, 통기(通氣)라 지칭할 수 있음), 또는 다양한 종류의 다른 기체에 의해서 행해질 수 있다는 것도 이해할 것이다.Gas sparging across the heat exchange tube 117 is preferably provided by a gas injection tube 122 having a hole 123 that creates a bubble 124. The bubble moves upward through the condensation tube 117 in the annular condensation chamber 120. For convenience, bubble 124 is shown only in a portion of the condensation space. In actual operation, the bubble moves upward through the annular condensation chamber 120. It will also be appreciated that a variety of other gas spargers may be used, including perforated manifolds, porous stones, and the like. It will also be understood that sparging (of gas) can be done by air (which in this case may be referred to as aeration), or by various other gases.

가열 챔버(127)는 가열 요소(128)를 에워싸는 관상 벽(131)에 의해 규정된다. 응축 챔버(120)로부터의 물은 그 바닥부에 있는 개구(133)를 통하여 가열 챔버(127)의 내부 안으로 들어간다. 가열 요소(128)는, 가열 챔버에 있는 상부 개구(129)를 통하여 위쪽으로 증기 공간(116) 안으로 이동하는 액체 증기 기포를 생성한다. 이 증기는 그리고 나서 화살표 130으로 나타내고 앞에서 설명한 바와 같이 응축 튜브의 상단부로 들어간다.The heating chamber 127 is defined by the tubular wall 131 which encloses the heating element 128. Water from the condensation chamber 120 enters the interior of the heating chamber 127 through the opening 133 at its bottom. The heating element 128 creates liquid vapor bubbles that move upward into the vapor space 116 through the upper opening 129 in the heating chamber. This vapor is then represented by arrow 130 and enters the top of the condensation tube as previously described.

선택적으로, 응축액을 냉각시키기 위해 엔클로저(100)의 바닥부에 팬(도시하지 않음) 또는 다른 냉각 장치가 제공될 수 있다. 또한 선택적으로, 응축액을 보다 더 효율적으로 냉각시키기 위해 냉각 핀(cooling fin)(도시하지 않음) 또는 다른 열교환 증진장치가 제공될 수 있다.Optionally, a fan (not shown) or other cooling device may be provided at the bottom of enclosure 100 to cool the condensate. Also optionally, a cooling fin (not shown) or other heat exchange enhancer may be provided to cool the condensate more efficiently.

다른 실시예(도시하지 않음)에서는, 응축액 라인(들) 및/또는 기체 살포 라인(들)이 엔클로저의 상부 공간(130)을 통하여 배관 연결될 수 있다. 하지만, 물 및 기체 순환의 나머지 양태는 대체로 동일하게 유지된다. 응축액 라인이 상부 공간을 통하여 밖으로 인출되면, 선택적인 팬 및/또는 선택적인 냉각 핀도 상부 공간 내에 제공될 수 있다.In other embodiments (not shown), the condensate line (s) and / or gas sparging line (s) may be piped through the upper space 130 of the enclosure. However, the remaining aspects of the water and gas circulation remain largely the same. Once the condensate line is drawn out through the upper space, an optional fan and / or optional cooling fins may also be provided in the upper space.

도 2의 증류 장치의 구성 및 작동은 비교적 간단하다는 것을 알 것이다. 특히, 응축 챔버(120) 및 가열 챔버(131) 둘 모두에 있어서의 액체 레벨은 동일하며, 그래서 단 하나의 액체 레벨 제어 시스템만이 요구된다. 상기 장치로의 열(heat)은, 주로 가열 요소(28)에 전달된 에너지의 양에 의해 제공된다. 물의 기포로의 증발은 유입되는 물을 냉각시키며, 더 저온의 응축기는 더 많은 증기를 냉각하게 된 다. 그래서, 더 저온의 공급수(feed water)가 바람직하다. 살포 기체의 습도는, 비록 이를 제어하는 것이 종종 어렵지만 비교적 낮은 레벨로 유지되는 것이 바람직하다.It will be appreciated that the configuration and operation of the distillation apparatus of FIG. 2 is relatively simple. In particular, the liquid levels in both the condensation chamber 120 and the heating chamber 131 are the same, so only one liquid level control system is required. Heat to the device is provided primarily by the amount of energy delivered to the heating element 28. The evaporation of water into the bubbles cools the incoming water, and the cooler condenser cools more steam. Thus, lower temperature feed water is preferred. The humidity of the sparge gas is preferably maintained at a relatively low level, although it is often difficult to control it.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예의 전체적인 기술(記述)이지만, 다양한 변형, 변경 및 등가물이 이용될 수 있다. 따라서, 상기 설명은 첨부된 특허 청구항에 의해 규정되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 받아들여져서는 안 된다.While the foregoing is a general description of the preferred embodiments of the present invention, various modifications, changes, and equivalents may be used. Accordingly, the above description should not be taken as limiting the scope of the invention as defined by the appended patent claims.

상술한 바와 같이, 본 발명은 유체 증류 시스템을 그 구조에 있어서 비교적 간단하게 유지하면서 이 시스템으로부터 증류수의 산출량의 증대를 제공하는 장치 및 방법에 이용할 수 있다.As mentioned above, the present invention can be used in an apparatus and method for providing an increase in the amount of distilled water output from the system while maintaining the fluid distillation system relatively simple in its structure.

Claims (17)

증류 장치로서,As a distillation apparatus, 가열 챔버, 응축 챔버, 상기 가열 챔버 및 상기 응축 챔버에 공통이며 그 위에 있는 증기 공간(vapor space), 및 상기 응축 챔버로의 액체 공급구(feed inlet)를 규정하는 엔클로저(enclosure)로서, 상기 액체 공급구로부터의 공급 액체는 상기 응축 챔버로 유입되어 상기 응축 챔버 내에서 소정 레벨로 유지되는, 상기 엔클로저;An enclosure defining a heating chamber, a condensation chamber, a vapor space common to and above the heating chamber and the condensation chamber, and a liquid feed inlet to the condensation chamber, wherein the liquid The enclosure, wherein the feed liquid from the feed port enters the condensation chamber and is maintained at a predetermined level in the condensation chamber; 상기 응축 챔버 내의 상기 공급 액체에 잠겨 있으며, 그 상단부(upper end)에 증기 입구와 그 하단부에 청정 증류액 출구를 갖는 수평 튜브 응축기로서, 상기 수평 튜브 응축기 내에서의 증기 응축이 상기 공급 액체를 예열시키는, 상기 수평 튜브 응축기; 및A horizontal tube condenser submerged in the feed liquid in the condensation chamber, having a vapor inlet at its upper end and a clean distillate outlet at its lower end, wherein vapor condensation in the horizontal tube condenser preheats the feed liquid The horizontal tube condenser; And 기포(gas bubble)를 상기 응축 챔버의 상기 공급 액체를 통하여 위쪽으로 안내하도록 배치된 기체 스파저(gas sparger)로서, 상기 기포는, 상기 수평 튜브 응축기의 열전달 표면을 닦아내어 상기 공급 액체와 상기 수평 튜브 응축기 사이의 열전달을 향상시키고, 상기 공급 액체로부터의 증기를 흡수하는, 상기 기체 스파저A gas sparger arranged to guide a gas bubble upward through the feed liquid in the condensation chamber, wherein the bubble wipes the heat transfer surface of the horizontal tube condenser to flush the feed liquid and the horizontal. The gas sparger, which enhances heat transfer between tube condensers and absorbs vapor from the feed liquid 를 포함하며,Including; 상기 공급 액체는 상기 응축 챔버를 통하여 상기 가열 챔버로 이동하여, 상기 가열 챔버에서 형성된 증기가 상기 증기 공간에서 상기 기포로부터의 증기와 통합되고, 이 통합된 증기는 상기 수평 튜브 응축기 아래쪽으로 흘러 내려가서 응축하여 청정 증류액을 생성하도록 하고,The feed liquid moves through the condensation chamber into the heating chamber where steam formed in the heating chamber is integrated with steam from the bubbles in the vapor space, and the integrated steam flows down the horizontal tube condenser To condense to produce a clean distillate, 상기 엔클로저는 원통형이며 수직 축을 구비하고,The enclosure is cylindrical and has a vertical axis, 상기 가열 챔버는 상기 엔클로저의 상기 수직 축과 동축(同軸)으로 배치된 관상(管狀) 벽을 포함하고,The heating chamber includes a tubular wall disposed coaxially with the vertical axis of the enclosure, 상기 응축 챔버는 상기 가열 챔버의 상기 관상 벽에 대해 환상(環狀)으로 배치되어 환상의 응축 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 증류 장치.And the condensation chamber is annularly disposed with respect to the tubular wall of the heating chamber to form an annular condensation chamber. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수평 튜브 응축기는 상기 환상의 응축 챔버 내에 배치된 코일형 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 증류 장치.And said horizontal tube condenser comprises a coiled tube disposed within said annular condensation chamber. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 수평 튜브 응축기는 상기 환상의 응축 챔버에 배열된 복수의 코일형 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 증류 장치.And said horizontal tube condenser comprises a plurality of coiled tubes arranged in said annular condensation chamber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 챔버 및 상기 응축 챔버는 둘 다 그들의 상단부에서 상기 증기 공간에 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 증류 장치.The heating chamber and the condensation chamber are both open to the vapor space at their upper ends. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 가열 챔버는, 상기 응축 챔버로부터의 예열된 액체의 상기 가열 챔버로의 유동을 허용하도록, 상기 응축 챔버에 개구되는 것을 특징으로 하는 증류 장치.And the heating chamber is opened in the condensation chamber to allow flow of preheated liquid from the condensation chamber to the heating chamber. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 가열 챔버 및 상기 응축 챔버는 그들의 하단부에서 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 증류 장치.And the heating chamber and the condensation chamber are open at their lower ends. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 가열 챔버 및 상기 응축 챔버는 그들의 하단부에서만 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 증류 장치.And the heating chamber and the condensation chamber are opened only at their lower ends. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기체 스파저는 상기 응축 챔버의 바닥 공간에 배치된 천공된 코일형 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 증류 장치.The gas sparger comprises a perforated coiled tube disposed in the bottom space of the condensation chamber. 공급 액체 증류 방법으로서, 상기 공급 액체 증류 방법은:As a feed liquid distillation method, the feed liquid distillation method is: 상기 공급 액체를 응축 챔버를 통하여 가열 챔버로 공급하는 단계;Supplying said feed liquid through a condensation chamber to a heating chamber; 제1의 증기상(vapor phase)을 형성하도록 상기 가열 챔버 내에서 공급 액체를 비등(沸騰)시키는 단계;Boiling a feed liquid in the heating chamber to form a first vapor phase; 기체의 기포 내에 제2의 증기상을 생성하도록 상기 응축 챔버를 통하여 위쪽으로 상기 기체를 살포하는 단계로서, 상기 제1의 증기상 및 상기 제2의 증기상은 상기 가열 챔버 및 상기 응축 챔버 상부의 공간에서 통합하여 통합된 제1 및 제2의 증기상을 생성하는 단계;Sparging the gas upwards through the condensation chamber to create a second vapor phase in a bubble of gas, wherein the first vapor phase and the second vapor phase are spaces above the heating chamber and the condensation chamber. Integrating to produce an integrated first and second vapor phase; 상기 응축 챔버 내의 수평 튜브 응축기를 통하여 상기 통합된 제1 및 제2의 증기상을 응축하는 단계로서, 상기 통합된 제1 및 제2의 증기상은 응축되고, 상기 기포는 상기 수평 튜브 응축기의 열전달 표면을 닦아내어, 상기 공급 액체와 상기 수평 튜브 응축기의 응축 증기 사이의 열전달을 증진시키는 단계; 및Condensing the integrated first and second vapor phases through a horizontal tube condenser in the condensation chamber, wherein the integrated first and second vapor phases are condensed, and the bubbles are heat transfer surfaces of the horizontal tube condenser. Wiping to promote heat transfer between the feed liquid and the condensation vapor of the horizontal tube condenser; And 상기 수평 튜브 응축기의 바닥부로부터 청정 증류액을 모으는 단계Collecting clean distillate from the bottom of the horizontal tube condenser 를 포함하고,Including, 상기 공급 액체는 물을 포함하고,The feed liquid comprises water, 상기 물을 증류시키는데 필요한 에너지는 380 kcal/ℓ 미만인 것을 특징으로 하는 공급 액체 증류 방법.The energy required to distill the water is less than 380 kcal / l feed liquid distillation method. 삭제delete 삭제delete 개선된 물 증류 방법으로서,As an improved water distillation method, 상기 개선된 물 증류 방법은, 스팀을 생성하도록 물이 비등되고, 상기 스팀이 공급수(供給水)와의 열교환에 의해 응축기의 튜브 내에서 응축되는 타입이며,The improved water distillation method is of a type in which water is boiled to produce steam, and the steam is condensed in the tubes of the condenser by heat exchange with feed water, 상기 개선된 물 증류 방법은, 열전달을 증진시키고 상기 스팀과 함께 응축되는 추가적인 수증기를 흡수하도록, 상기 튜브를 상기 공급수 내에 잠기게 하고, 공기를 상기 응축기의 튜브에 살포하는 단계를 포함하고,The improved water distillation method includes submerging the tube in the feed water and spraying air into the tube of the condenser to enhance heat transfer and absorb additional water vapor condensed with the steam, 상기 개선된 물 증류 방법은, 적어도 생성된 물의 ℓ당 380 kcal 이하의 증류 효율을 달성하도록 상기 응축기를 구성하는 단계 및 충분한 공기를 살포하는 단계를 더 포함하는 개선된 물 증류 방법.The improved water distillation method further comprises configuring the condenser and sparging sufficient air to achieve a distillation efficiency of at least 380 kcal per liter of water produced. 삭제delete 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 개선된 물 증류 방법은, 상기 응축기를 수평 튜브 응축기로서 제공하는 단계를 더 포함하는 개선된 물 증류 방법.The improved water distillation method further comprises providing the condenser as a horizontal tube condenser.
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